阿波罗号火箭发射全过程:阿波罗8号第一个离开地球轨道的航天器也是第一个到达月球并返回
阿波罗号火箭发射全过程:阿波罗8号第一个离开地球轨道的航天器也是第一个到达月球并返回阿波罗8号机组人员目前居住在肯尼迪航天中心的人员区,在发射前一夜受到了查尔斯·林德伯格和他的妻子安妮·莫罗·林德伯格的访问。他们谈论林德伯格在1927年飞行之前如何用一根细绳测量地球上从纽约市到巴黎的距离,并据此计算飞行所需的燃料。他携带的总量是土星V每秒燃烧的数量的十分之一。第二天,林德伯格(Lindberghs)观看 了附近沙丘上发射的阿波罗8号(Apollo 8)航天飞机103的安装和配合,以便在VAB中发射AS-503运载火箭以完成阿波罗 8号任务1968年8月9日,Low与Gilruth,飞行主管Chris Kraft和飞行机组运营总监Donald Slayton讨论了这个想法。然后,他们飞往阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心(MSFC),会见了KSC主任库尔特·德布斯,阿波罗计划主任塞缪尔·C·菲利普斯,罗科·彼得罗恩和韦恩·冯·布劳恩。卡夫(Kraft)认为从飞行控制的角
阿波罗任务
1967年9月20日,美国国家航空航天局通过了七步计划来执行阿波罗任务,最后一步是登月。阿波罗 4号和阿波罗 6号是“ A”任务,是对土星 五号运载火箭的测试,使用的是在地球轨道上指挥和服务模块(CSM)的未开发的Block I生产模型。阿波罗 5号是“ B”任务,是对地球轨道上的LM的测试。 预定于1968年10月进行的阿波罗7号将是“ C”任务,这是CSM的载人轨道飞行。进一步的任务取决于LM的准备情况。早在1967年5月就已决定至少再增加四个任务。阿波罗 于1968年12月将8计划为“ D”任务,这是对低空轨道的LM的测试,而Borman的机组人员将执行“ E”任务,这是更严格的LM测试于 1969年初在椭圆形的中地球轨道(如阿波罗9号)上飞行。“ F”任务将在月球轨道上对CSM和LM进行测试,而“ G”任务将是月球降落。
1968年2月1日,在汽车装配大楼(VAB)中架设了AS-503的第一阶段
LM的生产落后于计划,当Apollo 8的LM-3于1968年6月到达肯尼迪航天中心(KSC)时,发现了一百多个重大缺陷,这是载人航天器中心(MSC)的负责人Bob Gilruth的领导。),以及其他人得出的结论,即LM-3不可能在1968年准备飞行。[31]的确,交付期可能会拖到1969年2月或1969年3月。按照最初的七步计划,这意味着推迟“ D”和随后的任务,并危及该计划在1969年底之前登月的目标。[32]乔治·洛 1968年8月,阿波罗航天器计划办公室的经理提出了一个解决方案,以使该计划在LM延误的情况下仍能正常进行。由于下一个CSM(标为“ CSM-103”)将在LM-3导弹发射前三个月准备就绪,因此仅CSM任务可以在1968年12月进行。 该CSM无需重复阿波罗7号的“ C”任务飞行可以一直送入月球,并有可能进入月球轨道并返回地球。新的任务还将使NASA能够测试登月程序,否则这些程序将不得不等到阿波罗 10号,预定的“ F”任务。这也意味着可以取消中地球轨道“ E”任务。最终结果是只有“ D”任务必须推迟,1969年中的登月计划仍可按时完成。
1968年8月9日,Low与Gilruth,飞行主管Chris Kraft和飞行机组运营总监Donald Slayton讨论了这个想法。然后,他们飞往阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心(MSFC),会见了KSC主任库尔特·德布斯,阿波罗计划主任塞缪尔·C·菲利普斯,罗科·彼得罗恩和韦恩·冯·布劳恩。卡夫(Kraft)认为从飞行控制的角度来看该建议是可行的。德布斯和彼得罗同意,下一个土星五号AS-503可以在12月1日之前准备就绪。冯·布劳恩(von Braun)对困扰阿波罗(Apollo)的弹簧震动问题充满信心 已修复6。 NASA的几乎每位高级经理都同意这一新任务,理由是他们对硬件和人员都充满信心,而且绕月飞行的潜力极大地鼓舞了士气。唯一需要说服力的人是NASA管理员詹姆斯·韦伯(James E. Webb)。在他的机构的全力支持下,韦伯批准了这次访问。阿波罗 8号正式从“ D”任务改为“ C-Prime”登月任务。
随着阿波罗8号任务的改变,斯莱顿问麦迪维特是否仍然想驾驶它。麦克迪维特拒绝了。他的工作人员花了很多时间准备测试LM,而这正是他仍然想要做的。然后,Slayton决定调换D 和E 任务的主要和后备人员。这种互换也意味着要交换航天器,要求Borman的乘员使用CSM-103,而McDivitt的乘员将使用CSM-104,因为CM-104不能在12月准备就绪。大卫·斯科特(David Scott)对于为CM-104放弃他一直密切监督的测试的CM-103感到不满意,尽管两者几乎完全相同,而且安德斯(Anders)对成为没有LM的LMP飞机并不热心。[35] [36]相反,为了使航天器具有正确的重量和平衡,阿波罗 8号将携带LM测试物品,即LM-3的样板模型。
在阿波罗计划中添加压力,使其1969年登陆的目标是通过提供苏联的Zond 5使命,这显然有些活物,包括俄罗斯陆龟,在cislunar绕月环和他们返回地球9月21日。在美国航空航天局和新闻界内部的猜测是,他们可能准备在1968年底之前执行类似的绕月任务发射宇航员。
航天飞机103的安装和配合,以便在VAB中发射AS-503运载火箭以完成阿波罗 8号任务
阿波罗8号机组人员目前居住在肯尼迪航天中心的人员区,在发射前一夜受到了查尔斯·林德伯格和他的妻子安妮·莫罗·林德伯格的访问。他们谈论林德伯格在1927年飞行之前如何用一根细绳测量地球上从纽约市到巴黎的距离,并据此计算飞行所需的燃料。他携带的总量是土星V每秒燃烧的数量的十分之一。第二天,林德伯格(Lindberghs)观看 了附近沙丘上发射的阿波罗8号(Apollo 8)
土星V重新设计
阿波罗 8号使用的土星V火箭被指定为AS-503,或 阿波罗-土星(“ AS”)计划中使用的土星V(“ 5”)火箭的“ 03rd”模型。1967年12月20日,当它竖立在车辆装配大楼中时,人们认为该火箭将用于载有样板指挥和服务模块的未展开的地球轨道试飞。阿波罗 6号在1968年4月的飞行中遇到了几个主要问题,包括严重的pogo震荡在第一阶段,有两次第二阶段发动机故障,第三阶段没有在轨道上重新点火。如果不能保证这些问题已得到纠正,那么在进行额外的无人驾驶试飞证明土星五号已经准备就绪之前,美国宇航局管理人员无法证明冒险进行载人飞行任务。
来自MSFC的团队着手解决这些问题。首先要考虑的是pogo震荡,这不仅会影响发动机性能,而且会向机组人员施加很大的重力。承包商,美国国家航空航天局(NASA)代表和MSFC研究人员组成的工作组得出结论,发动机的振动频率与航天器本身的振动频率相似,从而引起共振效应,从而引起火箭的振动。安装了使用氦气吸收其中一些振动的系统。
同样重要的是在飞行过程中三台发动机的故障。研究人员迅速确定泄漏的氢气燃料管线在暴露于真空中时会破裂,从而导致第二台发动机的燃料压力损失。当自动关闭试图关闭液氢阀并关闭发动机2时,由于接线错误,它意外关闭了发动机3的液氧。结果,第三台发动机在第二台发动机关闭后的一秒钟内发生了故障。进一步的调查发现,第三级发动机存在相同的问题,即点火器管路故障。该小组修改了点火器管路和燃油导管,希望避免在以后的发射中遇到类似的问题。
任务简介
作为第一个载人航天器绕多个天体运行的航天器,阿波罗 8号的轮廓具有两个不同的轨道参数集,并通过月球下注入机动将其分开。阿波罗登月任务将从标称的100海里(185.2公里)圆形地球停车轨道开始。阿波罗 8号以99.99海里(185.18公里)的最高点和99.57海里(184.40公里)的近地点发射到初始轨道,与赤道的倾角为32.51° ,轨道周期为88.19分钟。在停车轨道上花费的2小时44分30秒中,推进剂的排放使最高点增加了6.4海里(11.9公里)。
随后是S-IVB第三阶段的月经月经注射(TLI)燃烧318秒,从轨道速度加速了63 650磅(28 870千克)的命令和服务模块和19 900磅(9 000千克)的LM测试物品每秒25 567英尺(7 793 m / s)到35 505 ft / s(10 822 m / s)的注射速度[44] [6]创造了人类有史以来相对于地球的最高速度记录。[45]这个速度略小于地球每秒36 747英尺(11 200 m / s)的逃逸速度,但是将阿波罗8号带到了一个细长的椭圆形地球轨道上,它离月球足够近,可以被月球的引力捕获。
阿波罗飞行任务的标准月球轨道计划为月球表面上方60海里(110公里)的公称圆形轨道。最初的月球轨道插入是一个椭圆形,其周长为60.0海里(111.1公里),其高等高线为168.5海里(312.1公里),距月球赤道倾斜12°。然后将其在60.7海里(112.4 km)乘以59.7海里(110.6 km)的公转周期为128.7分钟。[44]月球质量浓度的影响(“ mascons”)在轨道上被发现大于最初的预测;在持续20个小时的十个月球轨道上,轨道距离被58.6海里(108.5 km)扰动到63.6海里(117.8 km)。
阿波罗8号飞机离地球的最大距离为203 752海里(234 474法定英里; 377 349公里)。[47]
启动和反式月球喷射
阿波罗8号发射
阿波罗8日12时51分00秒发射UTC(七时51分00秒东部标准时间)于1968年12月21日,使用土星五号的三个阶段来实现地球轨道。[47]所述的S-IC第一级降落在大西洋在30°12'N 74°7'W / 30.200°N 74.117°W,和S-II第二级降落在31°50'N 37 °17' / 31.833°N 37.283°W。[48]所述的S-IVB第三级喷射的工艺进入地球轨道并保持附着到执行TLI烧,将放航天器上的轨迹对月亮。
一旦飞行器到达地球轨道,机组人员和休斯敦飞行控制员都花了接下来的2个 小时38分钟来检查航天器是否处于正常工作状态并准备好进行TLI。[50] S-IVB火箭第三级的正确操作至关重要,在上次未经测试的情况下,它未能为这种燃烧重新点燃。[51]柯林斯是第一个执勤的CAPCOM, 在发射后2小时27分22秒,他广播了“阿波罗 8号”。[50]该通讯意味着任务控制部已获得阿波罗 8号登月的官方许可。 S-IVB发动机按时点火,并且TLI燃烧完美。[50]在接下来的五分钟内,航天器的速度从每秒7 600米增加到每秒10 800米(从25 000到35 000英尺/秒)。
在S-IVB将任务安排在登月路线之后,其余的阿波罗 8号太空船的命令和服务模块(CSM)与其分离。然后,机组人员旋转航天器,拍摄用完的舞台的照片,然后练习与它一起编队飞行。当机组人员旋转飞船时,他们离开地球时对地球有了初见-这标志着人类第一次一次看到整个地球。鲍曼开始担心S-IVB距CSM太近,并向任务控制部建议机组人员执行分离机动。任务控制首先建议将航天器指向地球,并在服务模块上使用小型反作用控制系统(RCS)推进器(SM)向远离地球的速度增加1.1 ft / s(0.34 m / s),但Borman不想遗忘S-IVB。经过讨论,机组人员和任务控制中心决定向地球方向燃烧以提高速度,但改为7.7英尺/秒(2.3 m / s)。准备和执行额外烧伤所需的时间使机组人员的工作任务落后了一个小时。
分离后不久,阿波罗8 S-IVB火箭级
发射五个小时后,任务控制部向S-IVB发送了一条命令,以排出其剩余的燃料,从而改变其轨迹。附有测试物品的S-IVB对阿波罗 8号没有进一步的危害,它通过了月球轨道并进入了一个0.99×0.92天文单位(148 x 138 Gm)的太阳轨道,倾角为与黄道平面成23.47°的轨道周期为340.80天。[49]它成为了一个废弃的物体,并将继续绕太阳公转多年。
阿波罗8号机组人员是第一个穿过范艾伦辐射带的人,该辐射带距地球长达15 000英里(24 000公里)。科学家预测,以航天器的高速快速通过安全带将导致的辐射剂量不超过胸部X射线或1毫射线(mGy;一年中,平均每个人接受的辐射剂量为2至3 mGy)。 。以记录实际的辐射剂量,每个机组成员穿着人员辐射剂量计传输的数据到地球,以及三个无源剂量计膜即表明由机组人员经历的累积辐射。任务结束时,机组人员的平均辐射剂量为1.6 mGy。
月球轨迹
Lovell担任Command Module Pilot的主要工作是担任导航员。尽管“任务控制”通常执行所有实际的导航计算,但必须让一名机组人员熟练进行导航,以便在与“任务控制”失去联系时,机组可以返回地球。洛弗尔使用航天器内置的六分仪,通过恒星观测来导航,测量恒星与地球(或月球)视界之间的角度。航天器周围有一团巨大的碎片云,使这项任务变得困难,这使它们难以区分恒星。
到飞行任务七个小时时, 由于离开S-IVB的问题以及洛弗尔看不见的星光,机组人员比飞行计划晚了约1小时40分钟。机组人员将航天器置于被动热控制(PTC)(也称为“烧烤滚”)中,航天器绕其长轴每小时旋转约一圈,以确保整个航天器表面的热量均匀分布。在阳光直射下,航天器外表面的某些部分可能会被加热到超过200°C(392°F),而阴影部分会被加热到−100°C(−148°F)。这些温度可能会导致隔热罩破裂,推进剂管道破裂。因为不可能获得完美的滚动,所以飞船扫出一个圆锥随着旋转。随着锥型变得越来越大,机组不得不每半小时进行一次微调。
由人类拍摄的第一幅图像,大概是威廉·安德斯(William Anders)拍摄的。[57]南方站起来;南美在中间。
航程中的第一次校正是在飞行11个小时后进行的。机组人员已经醒了16个多小时。在发射之前,NASA决定至少应有一名机组人员始终处于清醒状态,以应对可能出现的问题。博尔曼(Borman)开始了第一次睡眠转变,但由于不断的无线电震颤和机械噪音而发现睡眠困难。在地面上的测试表明,如果长时间燃烧发动机,则该服务推进系统(SPS)发动机极少发生爆炸的可能性,除非其燃烧室首先通过短暂燃烧发动机而被“涂覆”。第一次校正燃烧只有2.4秒,并且增加了大约20.4 ft / s(6.2 m / s)的速度提升(沿行进方向)。[49]这种变化是小于计划24.8英尺/秒(7.6米/秒),由于气泡的氦在氧化剂线,这引起了出乎意料的低推进剂压力。机组不得不使用小型RCS推进器来弥补不足。由于 后来发现了阿波罗8号的轨迹是完美的,因此取消了后来计划的两次中途校正。
开始睡觉后大约一个小时,博尔曼获得了地面管制部门的许可,可以服用Seconal 安眠药。该药几乎没有效果。博尔曼最终入睡,然后醒来感到不适。他呕吐了两次,腹泻发作。这使航天器充满了小滴的呕吐物和粪便,机组人员尽力清理了一下。最初,Borman不想让每个人都知道他的医疗问题,但是Lovell和Anders希望告知Mission Control。机组人员决定使用数据存储设备(DSE),该设备可以对语音记录和遥测进行录音,并将其高速转储到Mission Control。在录制了有关Borman疾病的描述后,他们要求Mission Control检查该记录,并说“他们希望对语音评论进行评估”。[58]
阿波罗8号机组人员和任务控制医务人员在一个空无一人的二层控制室举行了会议(在二楼和三楼的休斯顿有两个相同的控制室,在执行任务时只使用了其中一个)。与会者得出的结论是,没有什么可担心的,并且Borman的病要么是Borman认为的24小时流感,要么是对安眠药的反应。[59]研究人员现在认为他患有太空适应综合症,由于前庭系统适应失重,该病在太空的第一天影响了三分之一的宇航员。[60]先前的航天器(水星和双子座)没有发生太空适应综合症,因为那些宇航员无法在那些航天器的小舱内自由移动。阿波罗指挥舱中增加的机舱空间为宇航员提供了更大的行动自由度,为博曼以及后来的阿波罗9号航天员鲁斯蒂·史威克特带来了太空病的症状 。[61]
仍然取自他们在月球轨道上拍摄时拍摄的机组人员的电影。弗兰克·博曼(Frank Borman)在中心。
巡航阶段是飞行中相对平稳的部分,除了机组人员检查航天器是否处于正常工作状态以及他们是否在航行中。在此期间,NASA安排在发射后31小时进行电视广播。阿波罗 8号乘员组使用2公斤(4.4磅)照相机,仅使用Vidicon显像管进行黑白广播。该相机有两个镜头,一个广角(160°)镜头和一个远摄(9°)镜头。[62] [63]
在第一次广播中,机组人员参观了宇宙飞船,并试图展示地球是如何从太空出现的。但是,在没有监视器帮助的情况下对准窄角镜头的困难使得无法显示地球。此外,如果没有适当的滤镜,地球图像会被任何明亮的光源饱和。最后,所有机组人员都可以证明,回头看地球的人们是一个明亮的斑点。[62]广播进行了17分钟后,航天器的旋转使高增益天线从地球上的接收站看不到了,他们以洛维尔(Lovell)祝他母亲生日快乐结束了传输。[63]
到这个时候,机组人员已经完全放弃了计划的睡眠时间。洛弗尔在飞机上睡了32个半小时,比他计划的要早3个半小时。不久之后,安德斯(Anders)在服用安眠药后也入睡了。[63]在大部分向外航行中,机组人员都看不到月球。有两个因素使得从航天器内部几乎看不到月球:五个窗口中的三个由于有机硅 密封胶中的油脂过多而雾化,以及被动热控制所需的姿态。直到机组人员离开月球之后,他们才能够首次看到它。[64]
阿波罗8号在飞行55小时后进行了第二次电视广播。这次,工作人员安装了用于静态相机的滤镜,以便他们可以通过远摄镜头获取地球的图像。尽管难以瞄准,但由于他们必须操纵整个航天器,所以乘员组能够将地球的第一张电视图像播回到地球上。机组人员花费了传输时间描述了地球,可见的物体以及可以看到的颜色。传输持续了23分钟。[62]
影响范围农历编辑
这张月球照片是从 东经70度以上的阿波罗8号拍摄的。
在飞行大约55小时40分钟后,以及进入月球轨道前13小时,阿波罗 8号的机组人员成为了第一个进入另一个天体影响力的人。换句话说,月球的引力对阿波罗 8号的影响变得比地球更强。当时,阿波罗 8号距离月球38 759英里(62 377公里),相对于月球的速度为3 990英尺/秒(1 220 m / s)。对于机组人员来说,这一历史性时刻并没有太大兴趣,因为他们仍在计算相对于肯尼迪航天中心发射台的轨迹。他们将继续这样做,直到执行了最后的中段校正,然后切换到基于理想方位的参考系,用于他们在月球轨道上进行的第二次发动机燃烧。[62]
登月轨道(LOI)之前的最后一个重大事件是第二次中段校正。它在逆行中(相对于行进方向),使航天器减速了2.0英尺/秒(0.61 m / s),有效地减小了航天器通过月球的最近距离。发射后正好61个小时,距月球约24 200英里(38 900公里),机组人员燃烧了RCS 11秒钟。他们现在将从月球表面经过71.7英里(115.4公里)。[44]
在飞行64个小时后,机组人员开始为月球轨道插入 1(LOI-1)做准备。这种机动必须完美地执行,并且由于轨道力学必须位于月球的另一侧,且不能与地球接触。在对Mission Control做出“可以通过/不可以通过”的决定进行民意调查之后,机组人员在68小时后被告知他们已经开始飞行,“骑着我们能找到的最好的鸟”。[65]洛弗尔回答说:“我们将在另一边见到你”,这是历史上人类首次穿越月球,不再与地球进行无线电接触。[65]
在LOI-1剩下十分钟的时候,工作人员开始对航天器系统进行最后一次检查,并确保每个开关都处于正确的位置。那时,他们终于有了月球的第一眼。他们一直飞过那没有光线的一侧,是洛弗尔(Lovell)看到第一束阳光斜向照亮月球表面。LOI燃烧距离仅两分钟路程,因此机组人员几乎没有时间欣赏风景。[66]
月球轨道编辑
SPS 在发射后69小时8分16秒被点燃,并燃烧了4 分7 秒,使阿波罗 8号航天器绕月球运行。机组人员将烧伤描述为生命中最长的四分钟。如果烧伤没有持续正确的时间,那么飞船可能会进入高度椭圆的月球轨道,甚至坠入太空。如果持续时间太长,他们可能会撞击月球。在确保航天器正常工作之后,他们终于有机会看望月球,他们将在接下来的20个小时内绕月飞行。[67]
在地球上,任务控制继续等待。如果机组人员没有燃烧发动机,或者燃烧没有持续计划的时间长度,那么机组人员将早于月球后面出现。恰好在计算出的时刻,从航天器接收到该信号,表明它在绕月球的193.3 x 69.5英里(311.1 x 111.8 km)轨道中。[67]
在报告了航天器的状态之后,洛弗尔对月球表面进行了首次描述:
月亮基本上是灰色的,没有颜色。看起来像巴黎的灰泥或有点灰的沙滩。我们可以看到很多细节。肥沃的海洋在这里不如在地球上突出。与周围的火山口之间没有太多的对比。陨石坑都四舍五入了。其中有很多,有些是较新的。他们中的许多人看起来像-特别是圆形的-看起来像被某种陨石或弹丸击中。兰格勒努斯(Langrenus)是一个巨大的火山口。它有一个中心锥。火山口的墙壁是梯田,约六个,七个不同的露台上一路下滑。[68]
从阿波罗8号看到的月球远端部分
Lovell继续描述他们经过的地形。机组人员的主要任务之一是侦察计划中的未来月球着陆点,特别是计划在阿雷洛11号着陆点马雷·特兰基利蒂斯进行的一项侦察 。 选择阿波罗8号的发射时间是为了给现场检查提供最佳照明条件。甲胶片相机已经设立在航天器窗口中的一个来记录按照下面月亮的第二一帧。比尔·安德斯(Bill Anders)在接下来的20小时中,大部分时间都在为感兴趣的目标拍摄尽可能多的照片。任务结束时,工作人员已拍摄了800张70毫米静态照片和700英尺(210 m)的16毫米电影胶片。[69]
在航天器与地球接触的整个小时中,Borman一直在询问SPS数据的外观。他想确保发动机运转正常,并在必要时可用于早日返回地球。他还要求他们在每个轨道上绕过月球之前接受“通过/不通过”的决定。[68]
当他们再次出现在月球前进行第二次飞行时,机组人员设置了设备,以播放月球表面的景象。安德斯描述了他们经过的陨石坑。在第二个轨道结束时,他们对SPS进行了11秒的LOI-2燃烧,以将轨道循环到70.0 x 71.3英里(112.7 x 114.7 km)。[67] [68]
在接下来的两个轨道上,机组人员继续检查航天器并观察和拍摄月球。在第三次通过时,Borman为他的教堂读了一个小祷告。他原本打算参加在得克萨斯州锡布鲁克附近的圣克里斯托弗主教教堂的礼拜,但由于阿波罗8号的飞行,他无法参加。任务控制中心的一位教区牧师兼工程师Rod Rose建议Borman朗读祈祷文,该祈祷文可以记录下来,然后在服役期间重播。[68]